铝对自反应原位合成复合陶瓷坯件组织结构及性能的影响

doi:10.3724/SP.J.1077.2011.00715

无机材料学报 ›› 2011, Vol. 26 ›› Issue (7): 715-720.DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.00715

铝对自反应原位合成复合陶瓷坯件组织结构及性能的影响

刘宏伟¹, 王建江², 马世宁¹, 孙晓峰¹

(1. 装甲兵工程学院装备再制造工程系, 北京 100072; 2. 军械工程学院先进材料研究所, 石家庄050003)

收稿日期:2010-09-08 修回日期:2010-11-25 出版日期:2011-07-20 网络出版日期:2011-06-20
作者简介:刘宏伟(1978-), 男, 博士, 助理研究员. E-mail: hongwlau@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(51001118, 50672130)

Influence of Aluminum on Structure and Properties of Self-reactive Spray Formed Preforms

LIU Hong-Wei¹, WANG Jian-Jiang², MA Shi-Ning¹, SUN Xiao-Feng¹

(1. Department of Remanufacturing Engineering, Academy of Armored Force, Beijing 100072, China; 2. Institute of Advanced Materials, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Received:2010-09-08 Revised:2010-11-25 Published:2011-07-20 Online:2011-06-20
Supported by:
National Natural Science Foundation of China (51001118, 50672130)

摘要/Abstract

摘要： 分别以Ti-B₄C-C体系和Ti-B₄C-C-Al体系复合粉为反应原料, 利用自反应喷射成形技术制备Ti(C,N)-TiB₂基复合陶瓷坯件. 利用XRD、SEM、EDS、TEM等方法, 研究分析了向喷射体系中加入5wt%金属Al对喷射沉积坯件组织结构、主要力学性能的影响及其原因. 结果表明, Ti-B4C-C体系的喷射沉积坯件主要由TiC_0.3N_0.7和TiB₂主相及TiO₂副产物相组成, 其致密度、维氏硬度、弯曲强度、断裂韧性等性能分别为97.2%、17.3GPa、387MPa、6.0MPa·m^1/2; 喷射体系中添加5wt%金属Al后, 喷射沉积坯件的主相仍为TiC_0.3N_0.7和TiB₂, 但副产物相中不含有害相TiO₂, 而增加了对复合材料有益的A_l2O₃与Ti₃Al相, 坯件内TiB2颗粒长径比增大, 出现大量长棒状晶, 并使坯件的致密度、维氏硬度、弯曲强度、断裂韧性等性能也分别提高到97.7%、20.6GPa、425MPa、7.3MPa·m^1/2.可见金属Al的添加可有效抑制喷射过程中Ti的氧化, 明显改善喷射沉积坯件的综合力学性能.

关键词: 铝, 喷射沉积坯件, 组织结构, 性能

Abstract: With composite powders of Ti-B₄C-C and Ti-B₄C-C-Al systems as reactants, Ti(C, N)-TiB₂ -based composite ceramic preforms were prepared by self-reactive spray forming technology. XRD, SEM, EDS and TEM were used to investigate the influence of 5wt% Al addition on the structure and properties of the preforms. It was shown that the performs made from Ti-B₄C-C system were mainly composed of TiC_0.3N_0.7 and TiB₂, with by-product phase of TiO₂. Relative density, Vickers hardness, flexural strength and fracture toughness of Ti-B₄C-C preforms were 97.2%, 17.3GPa, 387MPa and 6.0MPa·m^1/2, respectively. By adding 5wt%Al in the sprayed system, the by-product of the preforms was the desirable phases of Al₂O₃ and Ti₃Al, not TiO₂, though the main phases of Ti-B₄C-C-Al preforms remained to be TiC_0.3N_0.7 and TiB₂. The length to diameter ratio of the TiB₂ grains increased obviously. As a result, relative density, Vickers hardness, flexural strength and fracture toughness of Ti-B₄C-C-Al preforms as-cended to be 97.7%, 20.6GPa, 425MPa and 7.3MPa·m^1/2, respectively. The additive Al effectively restrained the oxidation of Ti in the spray forming process, which improved the mechanical properties of the preforms greatly.

Key words: aluminum, performs, structure, properties

中图分类号:

TB333

刘宏伟, 王建江, 马世宁, 孙晓峰. 铝对自反应原位合成复合陶瓷坯件组织结构及性能的影响[J]. 无机材料学报, 2011, 26(7): 715-720.

LIU Hong-Wei, WANG Jian-Jiang, MA Shi-Ning, SUN Xiao-Feng. Influence of Aluminum on Structure and Properties of Self-reactive Spray Formed Preforms[J]. Journal of Inorganic Materials, 2011, 26(7): 715-720.

参考文献

[1] Liu Hongwei, Zhang Long, Wang Jianjiang, et al. Feasibility analysis of self-reactive spray forming TiC-TiB2-based composite ceramic preforms. Key Engineering Materials, 2008, 368-372: 1126-1129.

[2] 刘宏伟, 张龙, 王建江, 等. 自反应喷射成形制备TiC-TiB2复合陶瓷坯件. 材料研究学报, 2008, 22(2): 274-278.

[3] Wang Jianjiang, Hu Wenbin, Liu Hongwei, et al. Flying combustion experiments and numerical simulation for Ti-B4C-C agglomerated particles during the self-reactive spray forming process. Key Engineering Materials, 2008, 368-372: 1686-1688.

[4] 王建江, 刘宏伟, 胡文斌,等(WANG Jian-Jiang, et al). 自反应喷射成型复相结构陶瓷的组织与性能. 稀有金属材料与工程(Rare Metal Mat. Eng.), 2009, 38(S2): 325-328.

[5] 唐建新, 左开芬, 胡晓清, 等. 过渡塑性相工艺制造Ti-B-C复合陶瓷材料. 清华大学学报(自然科学版), 1998, 38(12): 73-75.

[6] Zha M, Wang H Y, Li S T, et al. Influence of Al addition on the products of self-propagating high-temperature synthesis of Al-Ti-Si system. Materials Chemistry and Physics, 2009, 114: 709-715.

[7] 孙晓冬, 梅炳初, 袁润章(SUN Xiao-Dong, et al). Al含量对TiC自蔓延高温合成过程的影响. 硅酸盐学报(Journal of the Chinese Ceramic Society), 1997, 25(5): 578-582.

[8] 王建江, 杜心康, 刘宏伟, 等(WANG Jian-Jiang, et al). Al对反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层制备的影响. 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2007, 22(5): 550-554.

[9] Zhu C C, Zhang X H, He X D, et al. Self-propagating High- temperature synthesis, microstructure and mechanical properites of TiC-TiB2-Cu composite. Journal of Materials Science and Technology, 2005, 22(1): 78-82.

[10] Mitterer C, Mayrhofer P H, Beschliesser M, et al. Microstructure and properties of nanocomposite Ti-B-N and Ti-B-C coatings. Surface and Coatings Technology, 1999, 120: 405-411.

[11] Becher P F. Microstructure design of toughened ceramics. Journal of American Ceramic Society, 1991, 10: 1637-1642.

[12] 刘宏伟, 张龙, 王建江, 等. 自反应喷射成形Ti(C,N)-TiB2复合陶瓷坯件的反应转化机理. 热加工工艺, 2008, 37(2): 26-29.

[13] 唐思文, 张厚安, 刘心宇(TANG Si-Wen, et al). La2O3对Mo5Si3/MoSi2复合材料的改性研究. 中国稀土学报(J. Rare Earth), 2007, 25(2): 195-200.

[14] 龚江宏. 陶瓷材料断裂力学. 北京: 清华大学出版社, 2001.

[15] 朱春城, 张幸红, 赫晓东(ZHU Chun-Cheng, et al). TiC-TiB2/Cu复合材料的自蔓延高温合成研究. 无机材料学报(Journal of Inorganic Materials), 2003, 18(4): 872-878.

铝对自反应原位合成复合陶瓷坯件组织结构及性能的影响

Influence of Aluminum on Structure and Properties of Self-reactive Spray Formed Preforms

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[1]	汪波, 余健, 李存成, 聂晓蕾, 朱婉婷, 魏平, 赵文俞, 张清杰. Gd/Bi_0.5Sb_1.5Te₃热电磁梯度复合材料的服役稳定性[J]. 无机材料学报, 2023, 38(6): 663-670.
[2]	吴锐, 张敏慧, 金成韵, 林健, 王德平. 光热核壳TiN@硼硅酸盐生物玻璃纳米颗粒的降解和矿化性能[J]. 无机材料学报, 2023, 38(6): 708-716.
[3]	林俊良, 王占杰. 铁电超晶格的研究进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(6): 606-618.
[4]	李悦, 张旭良, 景芳丽, 胡章贵, 吴以成. 铈掺杂硼酸钙镧晶体的生长与性能研究[J]. 无机材料学报, 2023, 38(5): 583-588.
[5]	贺丹琪, 魏明旭, 刘蕤之, 汤志鑫, 翟鹏程, 赵文俞. 一步法制备重费米子YbAl₃热电材料及其性能提升[J]. 无机材料学报, 2023, 38(5): 577-582.
[6]	刘文龙, 赵瑾, 刘娟, 毛小建, 章健, 王士维. 微波干燥自发凝固成型氧化铝湿坯[J]. 无机材料学报, 2023, 38(4): 461-468.
[7]	林思琪, 李艾燃, 付晨光, 李荣斌, 金敏. Zintl相Mg₃X₂(X=Sb, Bi)基晶体生长及热电性能研究进展[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 270-279.
[8]	钱新宇, 王无敌, 宋青松, 董永军, 薛艳艳, 张晨波, 王庆国, 徐晓东, 唐慧丽, 曹桂新, 徐军. 0.6%Pr, x%La:CaF₂的发光性能研究和Judd-Ofelt分析[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 357-362.
[9]	王志强, 吴济安, 陈昆峰, 薛冬峰. 大尺寸Er,Yb:YAG单晶的生长及其性能[J]. 无机材料学报, 2023, 38(3): 329-334.
[10]	陈雷, 胡海龙. 柔性PDMS基介电复合材料的电场及击穿损伤形貌演变规律研究[J]. 无机材料学报, 2023, 38(2): 155-162.
[11]	潘洋洋, 梁波, 洪督, 祁志祥, 牛亚然, 郑学斌. TiAl合金表面TiAlCrY/YSZ涂层高温长时间服役性能[J]. 无机材料学报, 2023, 38(1): 105-112.
[12]	李文俊, 王皓, 涂兵田, 谌强国, 郑凯平, 王为民, 傅正义. 宽光谱透过Mg_0.9Al_2.08O_3.97N_0.03透明陶瓷的制备与性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 969-975.
[13]	盛丽丽, 常江. 光/磁热Fe₂SiO₄/Fe₃O₄双相生物陶瓷及其复合电纺丝膜制备及抗菌性能研究[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 983-990.
[14]	安文然, 黄晶琪, 卢祥荣, 蒋佳宁, 邓龙辉, 曹学强. 热处理温度对LaMgAl₁₁O₁₉涂层热/力学性能的影响[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 925-932.
[15]	王洋, 范广新, 刘培, 尹金佩, 刘宝忠, 朱林剑, 罗成果. 钾离子掺杂提高锂离子电池正极锰酸锂性能的微观机制[J]. 无机材料学报, 2022, 37(9): 1023-1029.